渤海灣盆地黃驊坳陷中生代構造特征分析*

王天宇 汪澤成 朱吉昌 王居峰 付立新 吳豐成 馮建園

(1.中國石油勘探開發研究院 北京 100083； 2.中國科學院地質與地球物理研究所 北京 100029；3.中國科學院大學 北京 100049； 4.中國科學院地球科學研究院 北京 100029； 5.中國石油大港油田公司 天津 300280)

黃驊坳陷位于渤海灣盆地中心地帶，是一個經歷了中生代、新生代等多期構造運動而發展起來的復雜含油氣坳陷。近年來隨著盆地基底結構研究及潛山油氣勘探的熱度不斷升溫，學者們對黃驊坳陷中生代數次構造變革與轉型的研究也越來越深入[1-11]。目前學術界普遍認為黃驊坳陷中生代至少經歷了印支期擠壓、中燕山期擠壓及晚燕山期拉張等3期大規模構造活動的改造[2-11]，但由于黃驊坳陷基底結構復雜多變，中生界內部缺乏易于識別的標志層，加之早期井、震資料質量較低等原因，對于各期活動的總體構造變形特征，尤其是波及范圍和成因機制方面的研究仍不夠深入。目前，從認識中生代各期構造活動變形機理及了解盆內各潛山的形成過程的角度來看，對黃驊坳陷中生代各期構造特征的研究勢在必行，只有系統解析該階段構造變形的規律，才能把握印支運動與燕山運動在盆地內造成的影響，才能把控潛山的內幕結構，才能進一步厘清影響潛山油氣聚集的關鍵地質因素[7,9,11]。本文基于黃驊坳陷最新處理的連片三維、二維地震等資料，通過識別各層間接觸關系、分析各地層平面分布特征及制作不同區域構造演化剖面等手段，詳細研究黃驊坳陷中生代不同時期、不同區域的構造演化特征，并基于此將坳陷劃分為3個區域，從而更好地揭示盆地演化的運動學和動力學過程，進一步分析潛山圈閉含油氣情況與中生代構造活動之間的聯系，對該地區下一步潛山油氣勘探具有一定的指導意義。

1 地質概況

黃驊坳陷西鄰滄縣隆起，北靠燕山褶皺帶，南依埕寧隆起，由歧口凹陷、孔店凸起、鹽山凹陷、南皮凹陷等多個構造單元組成(圖1)。黃驊坳陷構造復雜、斷層發育，斷層走向自南向北逐漸由北東向向近東西向轉化[2,9-11]，這些斷層以新生代定型的正斷層為主，中生代形成的逆沖斷層主要殘存在南皮凹陷[11]。

注：1—冀中坳陷；2—臨清坳陷；3—黃驊坳陷；4—濟陽坳陷；5—渤中坳陷；6—遼河坳陷；F1—滄東斷層；F2—埕西斷層；F3—徐西斷層；F4—黑東斷層；F5—孔東斷層；F6—扣村斷層；F7—南大港斷層；F8—北大港斷層；F9—港東斷層；F10—歧東斷層；F11—海河斷層；F12—大神堂斷層；F13—烏馬營西側逆沖斷裂；F14—烏馬營東側逆沖斷裂；F15—王官屯西側逆沖斷裂；F16—王官屯東側逆沖斷層；F17—孔店凸起西側斷裂；F18—孔店凸起東側斷層；F19—羊二莊斷層；F20—趙北斷層；F21—張海斷層；F22—張東斷層；F23—濱南斷層；F24—歧中斷層；F25—澗南斷層(西南莊斷層)；F26—大張坨斷層

圖1黃驊坳陷構造單元劃分

Fig.1StructuralunitsofHuanghuadepression

與渤海灣盆地其他坳陷一樣，黃驊坳陷自太古界結晶基底形成后經歷了多期的構造運動，這些構造運動控制了其基底之上蓋層的沉積規律(表1)[1]。黃驊坳陷內寒武系、奧陶系為穩定克拉通背景下的陸表海沉積，以海相碳酸鹽巖地層為主；奧陶紀中晚期到石炭紀早期的加里東運動使華北地區區域抬升，缺失了志留系和泥盆系等，并導致下古生界經歷了約120 Ma的風化剝蝕[8-9,11]；從晚古生代中石炭世開始進入內陸大型坳陷湖盆演化階段，石炭紀晚期沉積了海陸交互相煤系，二疊紀則隨著大規模海退，開始沉積陸相碎屑巖[9,11]；早中生代經歷了強烈的擠壓活動，形成了大量近東西或北東向的逆沖斷層與褶皺，并主要在斷層下盤和褶皺向斜部位沉積厚層含礫砂巖；晚中生代發生強烈的伸展減薄，發育大量正斷層，并伴有強烈的火山活動，沉積較厚的紫紅色泥巖與火山巖夾砂巖，晚白堊世華北地區再次發生構造抬升，坳陷內基本無上白堊統與古新統殘留[2-4,7,9-12]。

表1 黃驊坳陷地層單位及主要構造事件

黃驊坳陷在始新世進入喜山強烈斷陷期，發育大量正斷層，自下而上沉積孔店組、沙河街組、東營組陸相砂巖及泥巖地層，自此坳陷構造格局基本定型；新近紀盆地進入熱沉降階段，各斷層僅有少量繼承性活動，沉積陸相與海陸過渡相的砂巖與泥巖地層[9,11]。

2 中生代構造幾何學及運動學特征

中生代印支期和燕山期的強烈擠壓活動在黃驊坳陷產生了2個重要不整合面，即中—晚三疊世印支運動產生的中侏羅統與下伏地層間的不整合和中燕山期構造活動形成的白堊系(部分下侏羅統)與下伏地層間的不整合(圖2)，這2個不整合面也將黃驊坳陷中生界劃分為三疊系(下三疊統)、侏羅系(中—上侏羅統)與白堊系(下白堊統)等3個構造層。

黃驊坳陷中生界的底部構造層，即三疊系殘留地層在坳陷北部廣泛缺失，只在靜海縣以南有所分布，其中坳陷中部區域，即靜海縣與固縣之間的地層分布較為穩定，具有自盆地邊緣向中心不斷加厚的規律；而固縣以南的殘留地層分布則要雜亂許多，厚度最大值位于徐黑凸起(超過1 400 m),但這并不代表該區是沉降中心，而是由于該區作為逆沖斷層下盤被剝蝕相對較少(圖3a)。

侏羅系殘留地層同樣僅分布在靜海縣以南地區，但與三疊系分布特征有明顯差異。侏羅系在黃驊坳陷中南部分布較為穩定，位于該區中部的南皮凹陷保留了最厚的該套地層，與一般的沉降規律相符，說明該區受到構造活動的影響相對較小(圖3b)。

白堊系殘留地層在黃驊坳陷內分布最為廣泛，在固縣-孔店-青縣以北基本均有分布，僅在少數地區缺失。并且具有自南西向北東方向加厚的趨勢，最厚達1 400 m以上。而在固縣-孔店-滄州以南則大面積缺失，僅少數地區有較薄的白堊系殘留(圖3c)。

圖2 黃驊坳陷中生界相關不整合(剖面位置見圖1)

圖3 黃驊坳陷中生界殘余厚度圖

圖4為沿著構造走向橫跨黃驊坳陷的一條地震地質解釋剖面，該剖面以較低角度與該區走向斜交，但仍可以看出印支運動對黃驊坳陷的影響主要集中在孔店凸起以南，強烈的擠壓活動造成了大量的逆沖斷裂；然而，中燕山期活動主要發生在北大港凸起以北，復雜的逆沖斷裂和褶皺在該區發育，并導致大套地層在其后遭受剝蝕。

根據對黃驊坳陷中生界各構造層殘余厚度、不同地區的構造演化剖面、重磁數據等資料的綜合分析，將黃驊坳陷劃分為印支期強擠壓區(南部地區)、中生代弱變形區(中部地區)及中燕山期強擠壓區(北部地區)等3個區域(圖5)，其中北部地區與中部地區邊界由侏羅紀形成的大型背斜拐點連線及部分逆沖斷層(如張東斷層)等構成，中部地區與南部地區邊界則由孔店凸起南部邊界和徐黑凸起北部邊界共同組成。

圖4 黃驊坳陷地震地質解釋剖面(剖面位置見圖1)

圖5 黃驊坳陷中生界構造變形分區

2.1 南部地區

黃驊坳陷南部地區主要包含南皮凹陷、徐黑凸起與鹽山凹陷等構造單元，主構造走向為北東向(圖1)。該區保留了大量印支期擠壓活動的痕跡，包括一系列的逆沖斷裂及相關褶皺(圖6)。由于斷層的上盤及背斜的核部出露地表并遭受風化剝蝕，使得這些地區缺失三疊系及部分二疊系(圖3、6)，侏羅系直接不整合于更老的地層之上。

南部地區不同構造單元在印支期產生的構造樣式也有所不同。南皮凹陷主要發育蓋層滑脫型逆沖斷裂及相關褶皺，這些斷裂往往順古生界滑脫，并逆沖至北東或南西方向的新地層之上，但垂向斷距不大，受后期張性活動改造較小，不整合面之下的構造形態基本完整保存至今(圖6中剖面dd′)。而發育在徐黑凸起兩側的徐西斷層及黑東斷層則正好相反,這兩條斷層均為基底卷入型的逆沖斷層，且其規模與垂向斷距也是整個南部地區最大；徐西斷裂下盤向北西方向俯沖至其上盤之下，使得徐黑凸起中南部保持了單斜的構造樣式。隨后喜山期的拉張活動最終導致這些斷層發生構造反轉，幾乎全部轉化成了正斷層(圖6中剖面aa′)。

南部地區殘留的侏羅系雖較薄，但與其上覆地層基本呈整合或假整合的關系，其內部也未見明顯的中燕山期擠壓活動痕跡(圖4、6)。白堊系在該區分布較為局限，最厚處也不過400余米。這些證據表明黃驊坳陷南部地區僅在印支期擠壓活動中發生強烈變形，中燕山期的構造活動對該區影響較小。

2.2 中部地區

黃驊坳陷中部地區包括孔店凸起、南大港次凸、歧北次凹、歧南次凹等多個構造單元，主構造走向從南端的北東向逐漸向北端的北東東向過渡(圖1)。該區域各構造層彼此呈整合或假整合接觸(圖4)，且展布較為穩定，基本具有自邊緣向中心加厚的規律(圖3)。該區三疊紀與侏羅紀擠壓活動中產生的縮短率在黃驊坳陷3個區域中為最小(圖5中剖面ff′、gg′與hh′的中生代縮短率僅為1.06%、1.26%和5.14%)，且印支期、中燕山期的擠壓活動僅產生數條斷距較小的斷層與少量的寬緩褶皺(圖7)。

圖6 黃驊坳陷南部地區構造演化剖面(剖面位置見圖5)

圖7 黃驊坳陷中部地區構造演化剖面(剖面位置見圖5)

2.3 北部地區

黃驊坳陷北部地區主要包括板橋凹陷、歧口凹陷、南堡凹陷等構造單元，構造走向近東西(圖1)。該區域缺失三疊系與侏羅系構造層，白堊系直接不整合于更老的地層之上(圖4)，這是由于在中生代強烈擠壓背景下產生的巨大復背斜出露地表并遭受剝蝕引起的。

中燕山期的擠壓活動在黃驊坳陷北部地區產生大量的擠壓構造(圖8)，如滄東斷層(北段)、大張坨斷層、港東斷層、大神堂斷層等規模與斷距均較大的逆沖斷層。這些斷裂多為基底卷入型的逆沖斷裂，在喜山期的拉張活動中幾乎全部發生了構造反轉，并與新發育的正斷層一起將黃驊坳陷北部地區切割成破碎的數個塊體。

圖8 黃驊坳陷北部地區構造演化剖面(剖面位置見圖5)

3 中生代構造運動表現特征及潛山勘探潛力

3.1 印支運動在黃驊坳陷的表現特征

有學者認為黃驊坳陷南皮凹陷中保存較為完好的北東向逆沖斷裂是在中燕山期形成的[2-5,10]，認為中晚侏羅世伊邪納岐板塊向中國東部俯沖施加了北西—南東向擠壓應力，從而導致黃驊坳陷南部逆沖構造的形成[2-5]。然而,根據測井、錄井及地震資料，黃驊坳陷南部大多數地區殘存的少量白堊系均與侏羅系之間呈整合或假整合接觸，角度不整合面發育在侏羅系與下伏三疊系或二疊系之間(圖2、6),這表明中生代的這期擠壓活動應發生在更早的中—晚三疊世，早于燕山運動而與印支運動相契合。

在黃驊坳陷中部地區，中生代擠壓活動產生的縮短率較為有限，逆沖斷裂與褶皺也并不發育(圖7)，三疊系、侏羅系、白堊系間多呈整合或假整合接觸(圖4、7),這說明印支運動對中部地區影響相對較小。因此，黃驊坳陷內印支運動波及范圍的分界帶應位于其中部地區(圖9)。印支運動是揚子板塊與華北板塊在三疊紀碰撞產生由南向北的擠壓，這一點已被大多數學者認可[2-7]，本文研究認為印支運動在華北克拉通內部的影響范圍僅在孔店凸起以南地區(圖9)。

3.2 燕山運動在黃驊坳陷的表現特征

黃驊坳陷北部地區在早中生代發育大量的逆斷層和褶皺，使得該地區缺失大套中—古生界(圖8)。一些學者認為該期擠壓為印支運動[2,10,13]，但很多學者在與黃驊坳陷北區相鄰的燕山褶皺帶中發現了中侏羅統與上侏羅統之間的不整合，以及侏羅系與白堊系之間的不整合，并認為這兩個大的不整合代表中燕山期的擠壓活動[14-20]。這表明，中—晚侏羅世黃驊坳陷受到來自北側燕山褶皺帶的擠壓，并且該期擠壓活動在其北部地區產生了比較強烈的響應。

圖9 印支運動與燕山運動發生機制示意圖

根據實際資料，黃驊坳陷中部地區整個中生代的縮短率都較低，意味著中燕山期擠壓活動的影響范圍也應同樣以坳陷中部地區為界。中部地區的主要構造單元是孔店凸起，其主要地層單元和黃驊坳陷其他地區幾乎相同，地層強度理應相近。孔店凸起是一個潛伏在古近系之下，由下古近系和基底構成的一個背斜構造，推測可能在燕山期和印支期發生了較強的巖漿活動，正好緩沖了印支運動與燕山運動的擠壓應力，使得應力難以傳遞到更遠的地區。

燕山運動的地球動力學機制主要有蒙古-鄂霍茨克洋的關閉而導致的西伯利亞板塊向南與中朝板塊碰撞產生的遠程效應[14-17]，西太平洋的俯沖[2-5,10]，西太平洋俯沖與蒙古-鄂霍茨克洋關閉交替影響東、北、西南的多向匯聚[18-20]，以及周邊板塊匯聚引起華北地幔大規模上隆[15]等。燕山運動產生的逆沖斷層的運動方向主要是自北向南，從蒙古-鄂霍茨克縫合帶一直向南到華北克拉通北緣的陰山燕山褶皺帶均已被前人證實[2-7]。根據上述討論，在被上新生界覆蓋的黃驊坳陷北部地區表現出同樣的特征，而中部地區和南部地區對燕山運動的響應微弱，若是西太平洋俯沖，應該造成東西分異，而不是本文中闡述的南北分異。據此推測，燕山運動在黃驊坳陷的動力學機制為蒙古-鄂霍茨克洋的關閉而導致西伯利亞板塊向南與中朝板塊碰撞產生的遠程效應(圖9)。

3.3 黃驊坳陷潛山勘探潛力

黃驊坳陷南部地區現存的潛山與中生代擠壓活動中產生的斷層及褶皺關系密切，具有一定的勘探潛力。南皮凹陷內最重要的烏馬營及王官屯潛山正是位于印支期發育的“蛇頭背斜”[9-11]之中，石炭系—二疊系煤系作為烴源巖，二疊系碎屑巖或奧陶系碳酸鹽巖作為儲集層[12-14，21-22]。而位于徐黑凸起的黑龍村潛山圈閉則由黑東斷裂及印支期形成的單斜構成，孔店組或沙河街組泥頁巖作為烴源巖，二疊系—三疊系碎屑巖或寒武系—奧陶系碳酸鹽巖作為儲集層。

黃驊坳陷中部地區的潛山與中生代的構造活動關聯性不大，除位于北大港凸起北端的北大港潛山外(沙河街—東營組泥巖、頁巖作為烴源巖，寒武系—奧陶系碳酸鹽巖作為儲集層)，其余成規模的潛山(孔店凸起之上的孔店潛山、南大港次凸之上的南大港潛山、埕海斜坡東南端的羊二莊潛山等)的源儲對接關系都相對較差，勘探潛力相對較小。

黃驊坳陷北部地區的潛山數量眾多且多為斷塊型潛山，如大張坨斷層和港東斷層控制的千米橋潛山、歧東斷層與張海斷層控制的張海潛山、大圣堂斷層控制的大圣堂潛山、新港斷層控制的新港潛山等[12，14，21-22]。這些潛山的控山斷層多形成于中燕山期，它們普遍經歷了多期活動，并發生過構造反轉，使儲集層擁有更多的構造裂縫，同時中生代擠壓抬升導致的風化剝蝕亦可使儲集層具有更多的溶蝕孔洞，勘探潛力很大[23]。此外，潛山的源儲對接關系受益于這些邊界斷裂的巨大斷距，中燕山期的擠壓活動為這些潛山帶來了更多的勘探潛力，并且沙河街組—東營組泥巖、頁巖作為烴源巖，二疊系碎屑巖及奧陶系碳酸鹽巖作為儲集層。

4 結論

1) 黃驊坳陷在中生代主要經歷了印支運動和燕山運動等兩期動力學機制完全不同的擠壓活動，其中印支運動在黃驊坳陷南部地區活動強烈，中部地區微弱，北部地區幾乎沒有響應；而燕山運動則在黃驊坳陷北部地區活動強烈，中部地區微弱，南部地區幾乎沒有響應。黃驊坳陷中部孔店-北大港地區構造活動微弱，為兩期構造運動波及范圍的分界帶。

2) 燕山運動在黃驊坳陷北部地區產生大量的近東西走向的逆沖斷層和褶皺，其動力學機制為蒙古-鄂霍茨克洋的關閉而導致西伯利亞板塊與中朝板塊碰撞產生的遠程效應。

3) 中生代構造變形強烈的區域往往擁有更大的勘探潛力，總體上黃驊坳陷北部地區的潛山普遍優于位于中南部地區的潛山，而南部地區的潛山則普遍優于中部地區的潛山。

致謝：感謝中國石油大港油田公司提供的測井、錄井和地震資料并允許本文的發表。在本文撰寫過程中，中國石油勘探開發研究院馮有良老師以及中國科學院地質與地球物理研究所孟慶任研究員、武國利博士提出了富有建設性的意見，在此表示衷心感謝。